Framtagning av produktionslayout och produktutveckling för tillverkning av hängskenor till hyllsystem
Development of production layout and product development for the production of hanging rails
for shelving
Anders Ragnarsson
Examensarbete Maskinteknik 2011 Nr: E 4029 M
EXAMENSARBETE
Grundnivå 2
Maskinteknik
Program Reg nr Omfattning
Högskoleingenjör maskinteknik - Industriell Utveckling &
Ledarskap, 180 p E 4029 M 15hp
Namn Datum
Anders Ragnarsson 2011-05-04
Handledare Examinator
Bengt Löfgren, Tripple Steelix
Roger Johansson
Företag/Institution Kontaktperson vid företaget/institutionen
Sals AB Tomas Bäck
Titel
Framtagning av produktionslayout och produktutveckling för tillverkning av hängskenor till
hyllsystem
Nyckelord
Rullformning, plåtprofiler, produktionslayout, produktutveckling, nedböjningstest
Sammanfattning
Med de premisser att det endast är priset som avgör materialvalet i plåten till väggskenorna så
verkar inte höghållfast plåt vara något konkurrenskraftigt alternativ till det befintliga och
mjukare stålet som används i väggskenorna i den befintliga utrustningen.
Förslaget på en layout av produktionsutrustning för tillverkning av hyllskenor är en komplett och
effektiv rullformningslinje som tillverkar väggskenor, hålade U-profiler, som sedan är klara för
lackering. Förslaget på produktionslayout innebär utrustningsmässigt ett flöde från
utgångsmaterialet, en haspel för plåtband, en slinga går till inledare, stansning av hålbild,
rullformningsdel, riktverktyg och slutligen en sax som kan klippa väggskenorna till önskad
längd. Detta skulle innebära en förbättring i form av en mer resurssnål tillverkning (lean) för Sals
AB. Sals skulle då i stället för som med dagens befintliga system som bygger på inköp av
tillverkade U-profiler då på ett kontrollerat och mer effektivt sätt själva kunna styra och utföra
hela produktionen av hyllskenor. Produktionen skulle då ske genom att tillverka väggskenorna
helt på egen hand från hasplad plåt. Produktionen kan då utföras mot kundorder, ”just in time”,
och därmed undkomma behovet av någon lagerföring av obearbetade profiler vilket annars krävs
med de hittills partivis inköpta U-profiler samt att inte vara längre vara beroende av fungerande
leveranser av dessa.
DEGREE PROJECT
Bachelor Thesis
Mechanical Engineering
Degree Program Reg number Extent
Mechanical Engineering with the emphasis on Industrial
Deverlopment and Leadership, 180
E 4029 M 15 ECTS
Name of student Year-Month-Day
Anders Ragnarsson 2011-05-04
Supervisor Examiner
Bengt Löfgren, Tripple Steelix
Roger Johansson Company/Department Supervisor at the Company/Department
Sals AB Tomas Bäck
Title
Development of production layout and product development for the production of hanging rails
for shelving
Keywords
Roll forming, sheet metal profiles, production layout, product development, deflection test
Summary
With the premise that only the price that determines the choice of material in the plate to the wall
brackets so does not seem high-strength steel to be something competitive alternative to the
existing and the softer steel used in the wall bars in the existing equipment.
Suggested layout of production equipment for the manufacture of shelf rails is a complete and
efficient roll forming line that produces wall rails, perforated U-profiles, which are ready for
painting. The proposal on the production equipment layout means in terms of flow from the
starting material, a reel of metal tape, a loop is to initiate, punching hole, roll forming,
straightening equipment and finally a cut of dye that can cut the wall rails to desired length. This
would represent a form of lean production improvements for Sals AB. This is instead of with
today's existing systems based on the purchase of manufactured U-profiles instead of controlled
and effectively able to control and perform all of the production of shelf rails. Production would
then be done by fabricating the wall rails from reeled sheet. Production can be performed against
customer orders, "just in time", and thus escape the need for long-stock of the U-profiles, which
is otherwise required with the current purchased U-profiles and not to be depended of the supply
of these.
Förord Det är många som jag vill tacka för information och övrig hjälp under mitt arbete. Först vill jag
tacka hela Sals som tagit emot mig väl och låtit mig göra mitt arbete hos dem och att de haft
överseende om viss konkurrens om vissa verktyg och viss belagd arbetsyta.
De tre personer jag har mest att tacka för är mina handledare Bengt Löfgren från Tripple Steelix
och Högskolan Dalarna, Tomas Bäck från Sals AB samt Carl-Axel Norman, verkstadsansvarig,
på Högskolan Dalarna. Bengt har varit huvudhandledare och lite av en trygg fyr i arbetet. Tomas
som produktionskännare på Sals och Carl-Axel som är den fena som har stått ut med mig utöver
sina ordinarie arbetsuppgifter i verkstaden på Högskolan Dalarna. Carl-Axel eller Calle som han
kallas har framförallt hjälp mig med att lösa det verkstadsmekaniska vid tillverkning
pressverktygen av prototyper av väggskenor.
Jag måste även passa på att tacka min sambo för att hon har stått ut med mig, ingenjören, som
även på kvällstid klurat på frågeställningar och som under tiden för arbetet transporterat mig via
kommunala fortskaffningsmedel mellan Falun, Högskolan och Vansbro där Sals AB ligger.
Sist men inte minst känns det extra skoj att fått jobba i Vansbro som är min födelseort där stora
delar av min släkt bor. Jag hoppas därför extra mycket att kunna bidra till att Sals med sin
verksamhet längs Västerdalälvens strand som företag ska kunna hålla lönsamheten uppe och
kunna fortsätta kunna erbjuda människor från bygden en trygg anställning.
Nomenklatur
Beteckningar
Symbol Beskrivning
A Stansarean eller skjuvpåkända arean [mm2]
D Diameter (mm)
E Elasticitetsmodul (MPa lr N/mm2)
F Koncentrerad belastning, kraft (N)
I Yttröghetsmoment (mm4)
ksk Skärkraft N/mm2
L Balklängd (mm)
M Moment (Nm)
ReH Sträckgräns (MPa)
Re,hs Sträckgräns för höghållfast stål (MPa)
Rm Brottgräns (MPa)
Re,ms Sträckgräns för mjuka stålet (Mpa)
t Tjocklek (mm)
ths Tjocklek höghållfast plåt
tms Tjocklek för mjukt stål
Q Utbredd last (N)
W Klipparbetet (J)
Ut- eller nedböjningens storlek (mm)
Förkortningar/Förklaringar
CAD Computer Aided Design
Innehållsförteckning Förord ................................................................................................................................... 4
Nomenklatur ......................................................................................................................... 5
Innehållsförteckning ............................................................................................................. 6
1 Inledning ....................................................................................................................... 1
1.1 Bakgrund ................................................................................................................. 1
1.2 Problemformulering ................................................................................................ 2
1.3 Syfte ........................................................................................................................ 2
1.4 Avgränsningar ......................................................................................................... 2
1.5 Metod ...................................................................................................................... 3
1.6 Rapportdisposition .................................................................................................. 3
2 Referensram .................................................................................................................. 4
2.1 Klippande bearbetning ............................................................................................. 4
2.1.1 Klippning ........................................................................................................ 4
2.1.2 Balksax ........................................................................................................... 5
2.1.3 Stansning ........................................................................................................ 6
2.2 Plåtklippning från band på haspel ............................................................................ 6
2.3 Rullformning ........................................................................................................... 7
2.3.1 Allmänt ........................................................................................................... 7
2.3.2 Sekundära operationer och givare ................................................................... 7
2.3.3 Riktverktyg ..................................................................................................... 8
2.3.4 Kompensering för olika operationshastigheter ................................................ 8
2.4 Konstruktion med höghållfast plåt ........................................................................... 9
2.4.1 Höghållfast stål ............................................................................................... 9
2.4.2 Stålskillnader vid styckskärande bearbetning .................................................. 9
2.4.3 Konstruktion med höghållfast plåt .................................................................. 9
2.4.4 SSAB Docol plåt........................................................................................... 10
2.5 Belastningsfall av balkar ....................................................................................... 12
3 Empiri ......................................................................................................................... 13
3.1 Tillverkningslokal ................................................................................................. 13
3.2 Produkten .............................................................................................................. 14
3.2.1 Utgångsmaterial ............................................................................................ 14
3.2.2 Nuvarande tillverkningsprocess .................................................................... 14
3.3 Tidigare arbete ...................................................................................................... 15
4 Tillverkningsutrustning ............................................................................................... 16
4.1 Produktionsutrustning ........................................................................................... 16
4.2 Offert rullformningslinje ....................................................................................... 16
5 Utförande..................................................................................................................... 17
5.1 Profilutveckling med höghållfast stål .................................................................... 17
5.1.1 Utgångsmaterial ............................................................................................ 17
5.1.2 Prototypframtagning ..................................................................................... 17
5.1.3 Profiltillverkning .......................................................................................... 19
5.2 Nedböjningtest ...................................................................................................... 24
6 Resultat ....................................................................................................................... 26
6.1 Produktionslayout för tillverkning av väggskena ................................................... 26
6.2 Byte av material till höghållfast stål ...................................................................... 27
6.2.1 Nedböjningstest U-profil utan förstärkning av konstruktionen ...................... 28
6.2.2 Nedböjningstest med utvecklade prototyper.................................................. 29
6.2.1 Deformation vid belastning ........................................................................... 30
7 Diskussion ................................................................................................................... 33
7.1 Nedböjningsprov - hyllskenor ............................................................................... 33
7.1.1 Testresultat ................................................................................................... 33
7.1.2 Mätosäkerhet i nedböjningsresultaten ........................................................... 33
7.2 Produktionslayout .................................................................................................. 33
7.2.1 Kommentar tidigare arbeten .......................................................................... 34
8 Slutsats ........................................................................................................................ 35
8.1 Hyllskenor ............................................................................................................. 35
8.2 Produktionslayout .................................................................................................. 35
9 Rekomendationer och framtida arbete ......................................................................... 36
9.1 Rekomendationer ................................................................................................... 36
9.2 Framtida arbete...................................................................................................... 36
Referenser (References) ...................................................................................................... 37
Bilagor ................................................................................................................................ 38
Appendix A Beräkningar ............................................................................................. 39
Appendix B Studiebesök ............................................................................................... 40
Appendix C Intervjuprotokoll ....................................................................................... 41
Appendix D Ritningar - skentillverkning ..................................................................... 43
Appendix E Offertritning rullformningslinge ................................................................ 45
Appendix F Orderbekräftelse 661632 Heléns ............................................................... 46
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 1(46)
1 Inledning
Sals AB är ett litet verkstadsföretag med totalt 14 anställda. Företaget ligger i Vansbro
kommun i Västerdalarna och hade en årlig omsättning på 12-15 miljoner kr åren 2007 till
2009. Organisationen är platt där VD:n är personalansvarig och ansvaret för försäljningen.
Övriga medarbetare består av en sekreterare samt produktionspersonal. Sals serietillverkar
egna produkter samt arbetar med legotillverkning. Exempel på produkter som tillverkas är
hyllsystem med skenor och konsoler för kontor och verkstad, vagnar till kompakta arkiv,
underreden till bord samt legoarbeten i plåt och rör. Verkstaden erbjuder traditionella
verkstadstekniker som kompletteras med laserskärning och pulverlackering.
Fig 1- Hyllsystem, Sals AB Fig 2 - Pulverlackering, Sals AB Fig 3 - Svetsning, Sals AB
1.1 Bakgrund
För att kunna öka lönsamheten samt konkurrera med likvärdiga konkurrerande produkter så
behöver Sals kostnader för produkter sänkas. Den för detta arbete aktuella produkten är en
väggskena bestående av en U-profil i 2 millimeters plåt som kan monteras lodrätt på vägg. I
skenorna kan sedan hyllkonsoler sättas i för att bära upp t.ex. ett hyllplan. Idag köps profilen
in för att sedan på Sals bearbetas med en stansutrustning för erhålla en hålbild där profilen
slutligen pulverlackeras innan den blir färdig produkt i form av en väggskena. U-profilerna
köps in partivis i färdiga längder samtidigt som Sals erbjuder kunderna tretton stycken olika
längder på väggskenor. Förutom att inköpspriset på U-profilerna har ökat så påverkas
lönsamheten även av att förbrukningen av skenor är ojämn över tid samt att leverantören av
U-profiler inte alltid levererar i tid.
En annan aspekt är att den befintliga stansmaskinen som används för att bearbeta U-profilerna
är gammal och ofta behöver justeras och kommer troligtvis inte att fungera tillfredsställande
så länge till. Det finns ingen alternativ tillverkningsutrustning hos Sals idag vilket innebär att
ett eventuellt haveri skulle innebära ett direkt produktionsstopp och därmed ett
inkomstbortfall. En ersättningsmaskin som bygger på samma princip som den som redan finns
har erbjudits från leverantör men har ett alldeles för högt pris på ca 1,5 kr miljoner enligt Sals
VD, Helena Weslien [1], samt att den bygger på att U-profiler måste köpas in på samma sätt
som tidigare.
Försäljning till ett större företag har diskuterats men där det aktuella företaget krävt ett lägre
inköpspris för att ta in hyllsystemet i sitt sortiment [1].
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 2(46)
1.2 Problemformulering
Sals har en gammal tillverkningsutrustning för att stansa hål i u-profilerad plåt. Denna
utrustning har manuell och endast styckvis laddning av profiler. Skenmatningen i maskinen
krånglar ofta. Utöver detta påverkas produktionen med osäkra leveranser från
profiltillverkaren samt att dessa profiler måste köpas in partivis och i färdiga längder vilket
gör att nuvarande tillverkningsprocess inte fungerar effektivt och tillfredställande samt kräver
onödig och kostsam lagerföring.
1.3 Syfte
Arbetet går dels ut på att undersöka möjligheten att erhålla en tunnare och billigare U-profil
med hjälp av höghållfast stål och utgåendes från befintliga artiklar i befintligt hyllsystem som
dimensioner och passning med konsoler samt dels att ta fram förslag på en produktionslayout
för att Sals ska kunna tillverka egna U-profiler med rullformning som ett formningsteg i
layouten.
Ett sekundärt önskemål är att produktionsutrustningen även ska klara av att tillverka den C-
profil som finns i det befintliga sortimentet som nu köps in.
1.4 Avgränsningar
Arbetet har före start avgränsats samt utgått från rullformning som tillverkningsteknik för att
det är en önskad och rationellt vedertagen formningsteknik för kommersiell tillverkning av
plåtprofiler. Till detta kan nämnas att nuvarande leverantör av U-profiler använder
rullformning samt att Sals redan tidigare har erhållit en offert på en rullformningslinje för
tillverkning av U-profil med denna teknik.
Rullformning är en komplex tredimensionell teknik där maskintillverkare använder sig av
datasimuleringsprogram för att ta fram en lämplig maskinuppsättning. Därför har teoretiskt
fokus lagts på övriga ingående tekniker som används för att omvandla utgångsmaterialet i
form av plåtband från haspel till färdig profil. Exempel på dessa tekniker är stansning och
klippning.
För arbetet med att undersöka möjligheten att minska plåttjockleken och samtidigt behålla
nedböjnings- och deformationsmotstånd har endast höghållfast stålplåt av typen Docol DP
från SSAB använts. Docol DP plåt är lämpad till att användas till applikationer med
deformationshärdning som exempelvis rullformning. Plåtar av Docol DP har erhållits från
Högskolan Dalarna, ME-plåt och direkt från SSAB Tunnplåt Borlänge. Utgångspunkten för
utvecklingen av en ny profil har varit att den ska vara anpassad för befintliga konsoler som
används till den ursprungliga profilen samt även andra skenprofiler i Sals sortiment.
Konsolerna är anpassade för profiler av plåt med tjockleken 2 mm. Sals vill undvika kostnader
för nya pressverktyg för konsoler anpassade till en annan plåttjocklek samt att det skulle
innebära fler artiklar att marknadsföra.
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 3(46)
1.5 Metod
För att nå målet med att hitta förslag på tillverkningsutrustning ska tillverkningsmöjligheterna
utvärderas mot företag med liknande produkter med hjälp av litteratur, studiebesök,
benchmarking1 samt intervjuer med branschkunniga inom plåtprofiltillverkning. För att
undersöka möjligheterna att minska materialkostnaden per längdenhet skena kommer fokus
att ligga på att få ned plåttjockleken med plåt som har högre hållfasthet (högre sträckgräns, Re
och högre brottgräns, Rm) med en högre kostnad per viktenhet och som samtidigt ska vara fullt
kompatibelt med de konsoler som Sals marknadsför. De nya konstruktionerna ska sedan
jämföras med den befintliga skenan med avseende på nedböjning och deformation vid
belastning av i fixtur monterad skena med aktuell konsol och pålagd massa.
1.6 Rapportdisposition
Rapporten inleds med att beskriva företaget, Sals AB, samt bakgrunden till problemet. Sedan
beskrivs vad som är syftet med arbetet och hur är uppgiften är tänkt att lösas. I den
efterföljande referensramen redovisas fakta och teorier som har varit av vikt för att lösa
problemet. Sedan beskrivs utförande av arbetet efterföljandes av resultat, diskussion,
slutsatser och slutligen rekommendationer och förslag på framtida arbete.
1 Benchmarking innebär att utvärdera hur väl t.ex. ett land, ett företag eller en bransch pres terar jämfört
med andra länder,företag eller branscher (Nationalencylopedin).
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 4(46)
2 Referensram
2.1 Klippande bearbetning
Klippande eller styckskärande bearbetningsmetoder kan delas in i två huvudgrupper i form av
klippning och stansning. Vid båda metoderna sker en deformation av materialet mellan två
mot varandra verkande eggar som med tillräckligt pålagd kraft ska överskrida materialets
flytgräns och skapa ett brott [2]. Vid stansning är klippkonturen sluten. Materialets töjbarhet
och brottegenskaper har stor påverkan för dessa metoder [3]. Vanliga material som bearbetas
är plåt och band. Metoden används även för t.ex. stänger, rör och även detaljer framställda
genom smidning, gjutning och varmpressning [2].
2.1.1 Klippning
Klippning består av ett antal undermetoder i form av bl a avklippning, utklippning,
hålklippning, inklippning, renklippning, skäggning och justerklippning [2].
De flesta material låter sig klippas med undantag för de sprödaste och hårdaste.
Grundvillkoret är att verktygseggarna har större seghet och hårdhet samt mindre elasticitet än
materialet som ska bearbetas. Tjockleksmässigt så kan alla material klippas men ju högre
tjocklek desto mer kraft erfordras samt att kantkvaliteten normalt försämras med ökande
tjocklek. Begränsande faktorer blir därför verktygens hållfasthet och kapaciteten på
maskinerna [3].
Klipprocessen omfattas till stora delar av plastisk deformation. I regel så gäller det att ju
mindre plastisk deformation som uppkommer innan avskjuvningen sker desto bättre kvalitet
på de klippta kanterna. Klippmekanismen börjar med en elastisk deformation som sedan via
ökad materialpåkänning övergår till plastisk deformation. Ett relativt stort område deltar i
deformationen. Materialet deformationshårdnar och ger en ökad klippkraft samtidigt som
arean som skjuvpåkänns minskar och kraften uppnår en ett maximum för att sedan minska.
Vid ca 40% inträngning av plåttjockleken fortplantas sprickor från eggarna snett in i
klippzonen varvid klippkraften hastigt minskar. Beroende på klippspaltens storlek så möts
sprickorna eller går förbi varandra. Sprickbildningen går mycket snabbare än verktygen
varvid klippförloppet slutförs innan eggarna möts. Sprickbildningen är en följd av att
skjuvspänningen mellan klippeggarna överstiger brottgränsen för materialet. Slitna verktyg
ger bredare spalt och större deformationszon. Det rundade verktyget ger också upphov till en
mindre spänningskoncentration och ger därmed ett senare brott [3].
Ett idealt klippförlopp innebär en ren avskjuvning i snittytan utan deformation eller
gradbildning. Hur materialet uppför sig i praktiken beror på materialets
formändringsegenskaper samt av verktygskonstruktionen. Att känna till materialets brottgräns
Rm och skärhållfasthet ksk är av stort värde vid beräkningar [2]. Vid klippkonturen (se figur 4)
dras materialet ned mot klippkanten där den nedböjda ytan kallas för vankant. I blankzonen är
ytan jämn och blank och har nybildats genom den plastiska deformationen. I brottzonen är
ytan matt och skrovlig och har bildats av sprickorna under klippförloppet. Klipp- eller
stansgrad kallas det utstick som bildas efter brottzonen. Den består av ett mycket deformerat
material [3].
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 5(46)
Fig 4 - Klippkantens geometriska form. Streckade områden anger stans respektive dynläge [4]
En mycket stor klippspalt på t.ex. 15% av plåttjockleken ger en större deformationszon och
större böjande moment som resulterar i böjda kanter på materialet. Sprickorna från eggarna
kommer inte att mötas och materialet slits av genom rena dragspänningar. Detta kräver högre
klippkraft som ger högre verktygsslitage. Resultat blir en grov klippyta med hög klippgrad.
Vid en lämplig spalt på 5-10% av plåttjockleken möts sprickorna i materialet. Detta leder till
låga klippkrafter och litet slitage. Klippytan blir dock inte så fin p g a att brottzonen blir stor.
Vid en minskad klippspalt kommer blankzonen växa och brottzonen minska. Den större
blankzonen ger ett ökat verktygsslitage p g a av längre slitsträcka för verktygen samt ökat
friktionsarbete [3].
Vid låg klipphastighet finns risk för svetsning mellan verktyget och materialet. Det blir en hög
friktion som leder till att material i blankzonen riskerar att dras med verktyget vilket leder stor
deformationszon samt ökad storlek på vankanten. Vid ökad klipphastighet förbättras
klippkvaliteten, delvis p g a att deformationszonen blir mindre till följd av att
friktionsförhållandet ändras. Tester har visat på ideala förhållanden och optimal klipphastighet
vid 9-12m/s. Då blir tvärsnittet under klippförloppet helt momentfritt och belastas endast med
en ren skjuvkraft. Därmed undviks den S-form av materialet som annars kan fås vid låga
klipphastigheter. Klipphastigheterna i excenterpressar är ca 0,03 till 0,04 m/s. Tester med
ännu högre hastigheter än det har visat en snabbt avtagande kvalitet då utstansat material och
stans splittras[3].
2.1.2 Balksax
Balksaxar arbetar enligt samma princip som en gradsax. De arbetar med ett rörligt
öververktyg och ett fast underverktyg. I stället för plan plåt så klipper balksaxen profiler.
Verktygsutformningen anpassas efter profilen av den artikel som önskas klippas. Som tidigare
påpekats så ska över- och underverktyget formas olika för att erhålla en minskad klippkraft
[3].
Vankant
Blankzon
Brottzon
Klippgrad
klippspalt
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 6(46)
2.1.3 Stansning
Stansning innebär normalt en klippning mellan en rörlig stans och en fast dyna. Både stansens
och dynans eggar är slipade. Förloppet vid hålstansning påminner om klippningen. Först sker
en elastisk deformation när stansen tränger in som övergår till en plastisk deformation.
Därefter startar en brottanvisning, sprickor, från stanskanten och sedan från dynkanten.
Anvisningarna möts sedan och fullbordar klippningen och skrotet stöts ut. Med ökande
materialtjocklek ökar den plastiska deformationen samt friktionen mellan verktyg och
material. Formeln för klippkraft säger att klippkraften är proportionell mot klipparean.
Formel 1 (klippkraft) skkAF [N]
A tD
ksk = skärhållfasthet för genomsnittsmaterial [N/mm2] mR8,0
Genom att göra stans eller dyna med vågformad eller lutande kan den momentana stansarean
och därmed även den momentana klippkraften sänkas på samma sätt som vid klippning med
lutande saxskär [3]. En kantlutning på 1-1,5 gånger plåttjockleken reducerar klippkraften med
33% i jämförelse med raka stansskär. Klipparbete blir dock oförändrat [3].
Formel 2 (klipparbetet): tFxW [N]
x = Korrektionsfaktor empiriskt bestämd till 0,6
Som vid klippning bör spelet mellan stans och dyna göras så att brottanvisningarna kommer
att mötas. Vid grovstansning förekommer ett stort spel mellan stans och dyna vilket leder till
lägre stanskrafter och mindre verktygsslitage. Tyvärr erhålls dålig kvalitet på snittytan.
Finstansningen innebär att spelet praktiskt taget görs till noll vilket ger stora stanskrafter och
fin ytkvalitet. Verktygsslitaget kan minskas genom att stansen endast får gå ner någon tiondels
mm i dynan. För överslagsberäkningar av spelet, s, kan man räkna med s = 0,05t för t<4mm
och s=0,1t för t>4mm [3].
Stansverktyg kan vara enkla men kan också utformas att göra flera operationer i varje slag.
Flera stansar kan arbeta parallellt för att påskynda produktionstakten genom framställa flera
detaljer i ett slag. I ett komplettverktyg , enstationsverktyg, stansar samma verktyg både
kontur och hål i ett slag vilket ger bra toleranser eftersom plåten är klämd mellan tillhållaren
och dynan. I så kallade följdverktyg (flerstationsverktyg) arbetar två eller flera efter varandra i
matningsriktningen applicerade stansverktyg och utför var sin operation under ett slag.
Produkten framställs successivt i dessa steg. Kombinerade verktyg, är kombination av ett
följd- eller komplettverktyg med t. ex. bockningsverktyg som arbetar i följd. Vid höga krav på
toleranser och ytjämnhet så kan ett justerklippverktyg också kallat tvåstationsverktyg används
då. Klippningen sker i två steg, en grovklippning och en finklippning [3].
2.2 Plåtklippning från band på haspel
En klipplina är en högproducerande anläggning för produktion av plåtar från haspel och
innefattar mätsystem, sax och en omhändertagningsanordning som staplar plåtarna.
Det finns två typer av klipplinor. Stationär klipplina där bandet lindas av haspeln och passerar
riktvalsar in genom en stationär sax till dess att det möter ett stopp. När bandet stannat så
klipps det och matas sedan vidare samtidigt som nytt band matas till stoppet. Flygande
klipplina innebär samma arbetsprocess som stationär med skillnaden att matningen aldrig
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 7(46)
stannar, istället följer saxen med bandet och klipper medan det rör sig. Detta innebär en högre
produktionstakt [3].
2.3 Rullformning
2.3.1 Allmänt
Det finns relativt få litteraturer om rullformning. Rullformning är en komplicerad
tredimensionell metod där plant band av tunnplåt successivt genom vikning omformas till en
plåtprofil (exempel i figur 5 & 6). Formningen sker genom att plåten får passera mellan ett
antal parvis profilformande verktyg som sitter på drivna axlar. För att utforma
rullformningsmaskiner och rullformningsverktyg krävs oftast specialistkompetens. Till sin
hjälp använder maskin- och verktygsmakarna komplicerade dataprogram som bl a tar
hänseende till återfjädring, överbockning, elastoplastisk beteende, egenspänningar genom
kallformningen samt tvärsträckningar i hörn. Rullformningens delsteg gör att det uppstår
kombinerade längsgående drag- och skjuvspänningar. Nästan alla typer av linjära profiler kan
tillverkas med rullformning. Profilerna kan också krökas i en efterföljande operation. Exempel
på andra tilläggsmöjligheter är klippning, stansning, kragning, pressning och svetsning. Några
av de mått som är viktiga för en rullformningsmaskin är axellängd, axeldiameter, bandbredd,
horisontellt axelavstånd, profilhöjd samt vertikalt centrumavstånd för axlarna [4]. SSAB
samarbetar med danska företaget Jensen A/S som genom försök visat att det går att uppnå
snävare radier med rullformning än med bockning av höghållfasta stål. Ett praktiskt exempel
är en rullformad hatthylleprofil med Docol 1400 DP där en innerradie på en plåttjocklek.
Minsta rekommenderade bockradien är 3 plåttjocklekar [5]. Genom att göra formningssteg av
kassettyp så kan samma maskin användas med olika verktygsuppsättningar. Detta gör att man
kan relativt enkelt kan ställa om för att tillverka olika profiler vilket kan ge en lägre
investeringskostnad samt ett mindre behov av lokalyta.
Figur 5 - Flower diagram [6]. Ett diagram som visar den Figur 6 - Foto av C-profil, Sals AB
successiva bildningen av en C-profil och i detta fallet med
16 formningssteg.
2.3.2 Sekundära operationer och givare
Generellt behöver en rullformningslinje en klippningsapplikation för att klippa till längden på
produkten. Denna klippning kan göras före rullformning, mellan rullformningssteg eller efter
rullformningen. Vanligast är att använda sig av pressar för klippningen som kan vara
hydrauliska, pneumatiska eller mekaniska. Saxar användas ibland för klippning före medan
sågar, laser, plasma kan användas för klippning efter rullformningen. Även roterande skärning
kan användas både före och efter profilformningen. Det finns en mängd olika applikationer
med roterande verktyg som bl a kan innebära tillverkning av skäranvisningar för att underlätta
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 8(46)
senare avklippning. Pressar används även för exempelvis att stansa, kröka, notcha, prägla, och
märka produkten. Pressarna aktiveras periodiskt av givarsignaler. Dessa signaler kan
genereras av t.ex. bandmatning, pulsgivare, längdmätningsutrustning, givare för hål eller
avskärning eller en flygande stans. När väl en press justerats in och installerats så ska den
helst inte röras eller flyttas i processen. I stället ska rullar, stansar och
avklippningsanordningar anpassas efter pressen. Som tidigare nämnts i klippavsnittet så
utformas klippverktygen efter utseendet på profilen. Ett verktyg kan fungera till liknande
sektioner av en profil [7].
Om kvantitet, teknik och ekonomi tillåter kan effektiviteten för en rullformningslinje ökas
med sekundära operationer så att en färdig produkt erhålls från det inmatade bandet. Förutom
de tidigare nämnda metoderna så finns till exempel flänsning, perforering, sömnad,
geringssågning, riktning, myntning, mekanisk fogning, lödning, målning och paketering. De
sekundära operationerna kan placeras före, mellan eller efter rullformningen. Sekvensen av de
olika bearbetningsmetoderna är viktig då den påverkar produktivitet, kvalitet och de
kommande tillverkningskostnaderna för flera år framåt i tiden. Till exempel så kan en U-profil
med 2 gånger 3 hål (2 parallella rader i längsriktningen) tillverkas på minst 20 olika sätt med
avseende på operationer, verktygsuppsättning och deras placering i linjen [7].
2.3.3 Riktverktyg
En grundregel vid rullformning är att i starten böja det flata bandet i en rak längsgående linje.
Spänningarna som uppkommer av formningen förvärras av spänningarna i utgångsmaterialet
och leder till att produkten kommer att avvika från den tilltänkta räta formen. Tre vanligt
förekommande avvikelser är horisontell svängning, böjning horisontellt eller vridning av
profilen. För att undvika detta används ofta riktningsverktyg efter rullformningen.
Riktverktygen ska inte blandas ihop med de enklare riktverktygen kallade inledare (eng
flattener), som vid behov appliceras innan rullformningen. Riktverktyg kan utformas som
rullar eller block. Om t.ex. produkten är vriden måste rullriktverktyget rotera åt motsatt håll
mot profilen. Vid riktningen så måste sträckgränsen för materialet överskridas för att en
permanent motdeformation ska inträffa. Riktverktyget ska utformas så att det kommer i
kontakt med böjlinjerna som är profilens starkaste delar [7].
2.3.4 Kompensering för olika operationshastigheter
För att kompensera för olika hastigheter och på så vis bl. a. undvika att bandet ska gå av vid
haspeln, så kan olika typer av slingor för plåten användas. Slingorna blir som kompenserande
buffertar som ska undvika tvära stopp i plåtmatningen. Dessa slingor kan innebära att bandet
hänger via rullar eller forcerade slingor där en driven applikation med rulle som kan höjas och
sänkas mekaniskt. Den senare kan vara lämplig t.ex. om man vid hängande applikation skulle
behöva göra en grop ner i golvet för att klara av variationerna i bandhastighet [7].
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 9(46)
2.4 Konstruktion med höghållfast plåt
2.4.1 Höghållfast stål
Höghållfasta stål ger nytta både för både användaren och miljön. Exempel på detta är bättre
produktprestanda i form av högre nyttolast och krocksäkerhet, lägre bränsleförbrukning p g a
viktminskning av konstruktion samt längre livslängd. Kunder och slutanvändares nytta ökar
exempelvis med lägre energiförbrukning vid transporter, högre säkerhet och andra
miljöfördelar. Praktiskt exempel är en betongblandare på ett semitrailerchassi där
transportekonomi, köregenskaper, låga underhållskostnader och låg bränsleförbrukning
viktiga egenskaper. Konstruktionsmässigt så är utmattnings- och
nötningsbeständighetsegenskaperna viktiga [5].
Det finns en mängd olika ståltyper som t.ex. bainitiska, martensitiska, borstål, DP-stål (Dual
Phase), korrosionströga stål, refos och BH-stål (bake hardening). Generellt gäller att de
höghållfasta stålen innehåller låga halter av kol, svavel och fosfor vilket ger goda
förutsättningar för formning och svetsning. Vid jämförelse mellan höghållfast stål och mjukt
stål så skiljer sig processerna för formning eller fogning lite. Framförallt måste hänsyn tas till
klippspalt och återfjädring vid olika formningsprocesser. Vid styckskärande bearbetning
erhålls generellt bättre klippkanter för höghållfast plåt, men i stället erhålls högre
verktygsslitage än med mjuka stål [4].
2.4.2 Stålskillnader vid styckskärande bearbetning
Vid jämförelse mellan mjuka och höghållfasta stål vid styckskärande bearbetning så erhålls
för de höghållfasta en bättre klippkant m a p att mindre gradhöjd, vankant samt konicitet om
klippspalten är anpassad efter plåttjocklek och aktuell hållfasthet. Böjnings- och
vridningsegenskaper minskar vid klippning med gradsax av smala strimmor. Vid
plåttjocklekar över tre mm kan sabelkrokigheten öka. Högre hållfasthet kräver högre krafter
och ger högre verktygsslitage. Men med tunnare höghållfast plåt och optimering av
klipprocessen så krävs ytterst lite ökning av klippkraften. Bättre verktygsmaterial och
smörjning reducerar verktygsförslitningen [5].
2.4.3 Konstruktion med höghållfast plåt
Allmänt vid konstruktioner med höghållfast plåt gäller det att det är extra viktigt att studera
konstruktionslösningar om produkten kommer att utsättas för utmattning eller buckling.
Utmattning är viktig vid dynamiska laster och buckling vid höga statiska. Vid konstruktion
med principen relativ dimensionering, tas endast hänsyn till det konventionella stålets
godstjocklek och de jämförande materialens materialegenskaper. Det finns en formel som kan
användas för att uppskatta plåttjockleken vid byte av stål i en konstruktion [5]
Formel 3 vilket ger
= tjocklek höghållfast plåt
= tjocklek för mjukt stål
= sträckgräns för mjuka stålet
= sträckgräns för höghållfast stål
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 10(46)
Som vid all konstruktion ska materialet placeras där det gör som mest nytta. Exempel på detta
är att en konsolbalk med mer än 10 gånger mindre material kan bära lika mycket statisk last
som ett rektangulärt plattjärn som ligger och tar upp kraften vinkelrätt mot en av de breda
ytorna. Bara genom att belasta samma plattjärn på högkant så erhålls en skivverkan som
stärker upp konstruktionen avsevärt. Ett annat exempel är att det inre materialet av en stång
väldigt lite bidrar till bärförmågan vilket gör att man kan minska materialmängden flera
gånger genom att använda ett rör i stället. Beroende på var yttre belastningar sker på en
konstruktion så byggs spänningar i materialet upp på olika sätt. Vid materialbyte från mjuk till
tunnare och höghållfastare plåt så är det mycket viktigt att föra in lastinföringar på rätt sätt.
Funktionsmässigt är riktningen helt avgörande för konstruktioner i tunnplåt. Om laster förs in
i plåtens plan så fungerar den som en skiva och får en styvare konstruktion. Om lasten i stället
införs vinkelrätt mot plåtens yta, plattverkan, så erhålls böj- samt membranspänningar. För att
få bästa materialutnyttjande bör därför skivverkan eftersträvas [5].
Elasticitetsmodulen är densamma för mjuk och höghållfast plåt. Om målet med byte av
material från mjuk till tunnare höghållfast plåt är att erhålla samma styvhet i konstruktionerna
då förekommande belastningsfall är böjning eller vridning, så kan detta lösas genom att arbeta
med utformningen av tvärsnittsgeometrin. Ett enkelt sätt kan vara att öka tvärsnittshöjden och
därmed öka skivverkan. Avstyvningar i plåten är ett bra sätt att öka bärförmågan vid
lastinföring, böjbelastad plåt samt vid risk för buckling. Behovet av avstyvningar ökar vid
användning av tunna plåttjocklekar. Avstyvningar kan göras med bockning, pressning,
rullformning eller svetsas in. Rillor och ändringar av radier och plåtnivåer är exempel på hur
plåtfält kan styvas upp. Vid krafter vinkelrätt mot plåtens plan placeras i vanliga fall
avstyvningarna tätt. Detta gäller inte om ett membrantillstånd önskas eller om lastfallen är
slag mot plåten t.ex. bildörrar som inte ska deformeras plastiskt. För bildörrsplåten avgörs
detta av plåtens sträckgräns och tjocklek. I vissa konstruktioner är det önskvärt att använda
den elastiska deformationen för att ta upp energier som i t.ex. dumperflak [5].
2.4.4 SSAB Docol plåt
SSAB tillverkar plåt mellan 0,4 och 130 mm. Produktnamnet för den tunnare plåten är Docol.
Docol är tunnplåt som framställts genom att den varmvalsade plåten kallvalsats och glödgats.
SSAB marknadsför Docol DP som är stål som trots sin höga hållfasthet har god formbarhet.
DP står för Dual Phase och innebär att stålet har två faser, en mjuk av ferrit samt en hård av
martensit. Hållfastheten ökar med martensithalten. Legeringsinnehållet i form av främst kol
och mangan samt temperaturförändringen över tid under värmebehandlingen är det som styr
hållfastheten. Vid formning så erhålls en kraftig deformationshärdning vilket innebär att den
färdiga produkten får betydligt högre sträckgräns (för egenskaper se tabell 1 nedan). Ökningen
beror alltså av töjningsgraden vid formningen. Det största användningsområdet för DP-plåtar
är som energiupptagande fordonsdetaljer där deformationshårdnandet kan utnyttjas [5].
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 11(46)
Stålsort Sträckgräns, Re
(Mpa)
Sträckgräns
efter bake
hardening
(MPa)
Brottgräns, Rm
(MPa)
Min
bocknings-
radie
90º bocknings-
vinkel Min Max Min Min Max
Docol 600 DP 350 450 500 600 700 0 x t
Docol 800 DP 500 650 600 800 950 1,0 x t
Docol 1000
DP
700 950 850 1000 1200 2,0 x t
Tabell 1 - Mekaniska egenskaper Docol DP [SSAB Data blad: 09-05-20 SE8201Docol,
www.ssab.com].
Docol finns i en version speciellt anpassad för rullformning och heter då Docol Roll. Stålet
värmebehandlas på ett speciellt sätt i en glödgningslinje som gör att stålet får lägre
slagginnehåll och därmed gör att plåten kan formas med mycket små radier (ner till 0,8 gånger
plåtjockleken för Docol Roll 800). Exempel på branscher som använder denna plåt är
bilindustrin, profiltillverkare inom bygg- och möbelindustrin samt elmontage (för egenskaper
se tabell 2 nedan).
Stålsort Sträckgräns, Re
(Mpa)
Brottgräns, Rm (MPa) Min radie vid
rull formning Min Max
Docol Roll 800 600 800 950 0,8 x t
Docol Roll 1000 800 1000 1200 1,0 x t
Tabell 2 - Mekaniska egenskaper Docol Roll [SSAB Data blad: 10-06-24 SE220Docol,
www.ssab.com].
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 12(46)
2.5 Belastningsfall av balkar
För att kunna göra approximativa uppskattningar av hur stor nedböjning som erhålls vid
belastning av en konsolbalk så kan så kallade elementarformler användas. Detta kan till
exempel utnyttjas för att jämföra en utbredd last med punktbelastning. En hyllkonsol belastas
vid normal användning medan en utbredd last. För en balk belastad med en utbredd last kan
man använda sig av följande formel för nedböjning [8].
Formel 4
För en punktlast i spetsen på konsol är motsvarande formel för nedböjning [8]:
Formel 5
Genom att sätta ovan nämnda nedböjningar lika kan man räkna ut vad en utbredd last, Q,
motsvarar i en punktbelastning, F, i spetsen på balken genom att lösa ut kraften F (se
Appendix A). Till exempel så motsvarar 55 kg utbredd last en punktlast på 20,6 kg i spetsen
på balken.
Faktorn EI är lika med böjstyvheten (Nmm2) [8].
Elasticitetsmodulen, E, är den samma för olika stål. Däremot så varierar tröghetsmomentet, I,
med både tvärsnittets area och utformning vilket kan utnyttjas för att erhålla olika böjstyvheter
i konstruktioner. En enkel beskrivning av tröghetsmomentet även kallat yttröghetsmoment och
som ofta betecknas med I, och är ett mått på hur mycket böjning ett tvärsnitt tål [9]. Ett högre
värde innebär ett högre tröghetsmoment och därmed en styvare konstruktion.
Grundekvationerna för tröghetsmoment är [9]:
Formel 6
Formel 7
Integralerna i formel 6 och 7 kan ofta undvikas om tvärsnittet består av enklare geometriska
figurer då det går att hämta färdiga uttryck för och i formelsamlingar.
För att räkna på de maximala momenten, dvs när hela balklängden belastas, för ovan nämnda
fall (punkt- resp. utbredd last, formel 4 och 5) kan följande formler användas
Formel 8
Formel 9
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 13(46)
3 Empiri
3.1 Tillverkningslokal
Fastighetsmässigt består Sals AB i Vansbro av i princip en enda långsmal rektangulär
byggnad som geografiskt avgränsas av Västerdalälven och den numer ej trafikerade
inlandsbanan (järnväg). Förutom kontorsdelarna, matsal samt omklädningsrum så finns
egentligen inga stängda rum vilket innebär en relativt öppen planlösning. Den del där
tillverkningen av väggskenor görs idag begränsas av en yttervägg, två avdelande innerväggar
samt den transportgång som går genom hela byggnaden och som används för transportera
material och produkter (figur 8). Denna yta är stegad till ca 6 x21 m och kan ses i figur 7
nedan. Om man räknar bort den yta för persontransport till och från ytterdörr och mot den
närmsta avdelande väggen (kan ses nere till höger i figur 4 med bl a en punktsvets från ESAB)
så försvinner ca 5x6 m. I andra änden av ytan (bortanför stansmaskinen, grön och börjar till
vänster om cykeln) så finns diverse förvaring. Stansmaskinen är ca 8 meter lång. Alla ovan
nämnda mått är stegade så de ska bara ses som uppskattade värden för att få en ungefärlig bild
av ytornas storlek.
Figur 8 - Bilden visar den plats där tillverkningen av väggskenor sker idag.
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 14(46)
3.2 Produkten
De väggskenor som Sals marknadsför av modell standard består av U-profilerad plåt
(17x25x17 mm) som stansas och pulverlackas i vitt med en håltagning för 6 mm skruv för
upphängning (figur 9). Väggskenorna erbjuds i tretton olika längder (192, 413, 702, 989,
1181, 1276, 1404, 1597, 1788, 1916, 1981, 2236 samt 2397 mm). Väggskenorna monteras
lodrätt på vägg och har diverse tillhörande konsoler (enkel och dubbel infästning) för olika
upphängningsapplikationer.
Figur 9 - Väggskena Sals (17x25x17) med längden 413 mm
3.2.1 Utgångsmaterial
De befintliga väggskenorna tillverkas av U-profilerad plåt som enligt leverantören Heléns AB
består av materialet YMagine DI med tjockleken 2 mm [10]. Profilen är kallformade med
rullformning av betat varmband med profildimensionerna 16,30x25,00x16,30x2,00 mm
[Appendix F]. Benen på den råa U-profilen är alltså 16,30 mm. Enligt plåttillverkaren Corus
så är typvärden för plåten en sträckgräns, ReH , på 300 MPa och en brottgräns, Rm på 390 MPa.
Garanterade värden är ReH-värde på 210-360 Mpa och Rm –värde på 335-425 MPa.
3.2.2 Nuvarande tillverkningsprocess
De inköpta U-profiler appliceras en och en för hand på en styrskena till höger om stansdelen
(se figur 10 nedan). Tillverkningsprocessen initieras sedan via styrpanelen varvid skenan
matas in för stansning. Stansningen sker med en 40 tons excenterpress (tillverkad av
Kieserling år 1966 och ombygg på 1980-talet av Olsons Maskinservice). Varje slag ger en
hålbild med två gånger åtta symmetriska hål. Utstansat skrot faller ner i en uppsamlande
behållare. Den stansade skenan matats sedan ut ur excenterpressen. När skenorna lämnat
pressen så stansas de infästningshål som används för att fästa fast skenorna på vägg. Dessa hål
görs med anpassning till varje skenlängd där stansningen ger en försänkning med ett centrerat
hål i. Försänkningen är riktad mot baksidan av skenan. Skenorna får sedan falla till golvet via
styrskenor. Processen sker helt öppet i lokalen och är mycket bullrig, främst med avseende på
slagen vid stansningen samt skenornas fall till golvet. Enligt Sals VD, Helena Weslien [1], så
är årsförbrukningen mellan 10000 till 12000 meter U-profil. Detta motsvarar mellan 8,4 till
10,1 ton stål per år enligt beräkning med underlag från en orderbekräftelse från den befintliga
leverantören av U-profil [Appendix A och F].
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 15(46)
Figur 10 - Befintlig stansmaskin (grön) mot en yttervägg. Från höger ser man inmatningsdelen
(utstickande skena) placerad framför styrpanel (ses till vänster om Coca Cola flaskan vid högra
fönstret), stansdel av excenterpresstyp med en underliggande skrotlåda (mörkblå) samt efterföljande
stansdel med håltagning för hål till väggmontering samt utmatningsdel med utstickande styrskenor.
3.3 Tidigare arbete
En offert på rullformningsutrustning från Plåtform Maskin AB har erhållits i slutet på år 2009.
Priset i offerten var 1050 000 kr för en komplett rullformningslina där plåtband hasplas av och
rullformas för att sedan riktas i ett riktverk och slutligen kapas till önskad längd. Denna
utformning saknar stansdelar varför den är tänkt att användas med befintlig stansmaskinen
(för layoutritning se appendix E).
Idéer som framförts tidigare enligt Tomas Bäck [11], har varit att köpa in en
hasplingsutrustning och rullformningsmaskin där avhaspling av plåt skulle ske över
persontransportgången (se figur 8, från dörren till höger i fig och bredvid ESAB-svets) till en
sammankopplad rullformningsutrustning för U-profiltillverkning. Därefter skulle U-profilen
bearbetas med dagens befintliga utrustning. Detta förslag skulle innebära att stansmaskinen
skulle behöva flyttas. Ett billigare förslag var att införskaffa någon form av magasin för U-
profilerna för att komma undan momentet med som idag att manuellt ladda stansmaskinen för
varje enskild väggskena.
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 16(46)
4 Tillverkningsutrustning
4.1 Produktionsutrustning
Lokalt i Dalarna finns det både maskinbyggande företag för rullformningslinjer samt företag
som använder rullformning i sin produktion av produkter. Ortic AB och Plåtform Maskin AB
båda med säten i Borlänge är exempel på maskintillverkare. Exempel på
plåtproduktsproducerande företag är Dala-Profil AB, Borlänge, som tillverkar plåt för tak- o
fasadbeklädnad och Jonsson RPM AB, Svärdsjö, som bl a tillverkar plåtprofiler. Europrofil i
Nora tillverkar U-profiler som används för mellanväggar där de förutom klippning även
stansar hål i profilen.
4.2 Offert rullformningslinje
Claes-Håkan Lundgren, Plåtform Maskin AB, har levererat en offert till Sals för en
rullformningslinje för U-profiltillverkning utan stansdel (för figur se Appendix E. Observera
att avhasplings- och slingreglerings delen som är startmomenten i processen saknas i figuren).
Avsaknaden av stansutrustning i denna uppsättning kräver befintlig eller en annan utrustning
för håltagning.
I offerten erbjuds en uppsättning som innebär att plåtband matas från haspel med
slingreglering som sedan leds till en instyrningsbåge med rullar och sedan via en inledare till
rullformningsdelen och sedan ut genom ett riktverk samt en avslutande sax. Avhaspling görs
med en femtonhundrakilos avhaspel och hastigheten regleras med frekvensstyrning och en
induktiv givare placerad mellan inledare och rullformning. Rullformningsdelen består av ett
tolvstolars profilverk varav det ingår 8 stycken valsstolar. Drivningen görs med
kugghjulstransmission med härdade kugghjul. Genom att drivningen sker via på stativet fasta
mellanhjul måste valsparen vara av kassettyp. Demontering av ett valspar görs via lossning av
fyra stycken bultar varefter valsparet kan lyftas upp och kugghjulen går ur ingrepp.
Profilverktygen är tillverkade i SS2310 (härdat verktygsstål). Saxen är hydraulisk.
Leveranstiden är angiven till fyra till fem arbetsmånader och då ingår intrimning och
provkörning innan godkännande för leverans enligt offert Plåtform Maskin AB 2006-01-20
reviderad 2010-01-19 [Appendix E - offertritning rullformningslinje].
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 17(46)
5 Utförande
5.1 Profilutveckling med höghållfast stål
5.1.1 Utgångsmaterial
För produktutvecklingen har höghållfast plåt av typen Docol DP använts. Plåt med tjockleken
1 mm var av typen 600DP, 800DP och 1000DP samt plåt med tjockleken 1,2, 1,25 samt 1,5
mm av typen 800DP.
5.1.2 Prototypframtagning
Utgångspunken var att tillverka profiler i höghållfast stål som dels skulle kompensera för
skillnader i plåttjocklek och dels öka styrkan i själva konstruktionen för att försöka
kompensera för det minskade böjmotståndet som erhålls med en tunnare plåt. Sals har inget
eget CAD-system och inga ritningar på väggskenorna erhölls, varvid måtten för hålbilder
mättes upp med skjutmått och andra analoga mätinstrument.
Den svagaste delen i den ordinarie konstruktionen är det område som finns i anslutning till de
utstansade hålen för konsolerna. Detta beror på att hålen i sig ger en försvagning samt att det
blir en plattverkan vid böjbelastning då konstruktionen utsätts av belastning via konsol. De
första prototyperna av skena för test konstruerades som en enkel U-profil med grundmåtten
(17x25x17) och rektangulära hål utan hänsyn till att konsolerna är avsedda för profil med
plåttjockleken 2 mm. Två mera utvecklade alternativ av skenutformning togs sedan fram med
avseende på ovan nämnda premisser och kompensation för mindre plåttjocklekar (kontra 2
mm för de ordinarie). Fram togs en skena med en upphöjd rilla, som en symmetrisk ås i mitten
mellan hålen i längsgående riktning (se figur 11) samt en andra skena där i stället två
symmetriska nedsänkta rillor gjordes, där konsolhålen hamnar i dessa vid stansningen (figur
12-14 samt 43, den sistnämnda i Appendix D). Med hjälp av ett CAD-program (Solid Works)
konstruerades profilerna med utgångspunkt från den ordinarie profilens grundmått.
Tröghetsmomenten för de två konstruktionerna kunde sedan jämföras med hjälp av samma
CAD-program (för profil se fig 11 nedan samt 43-44 i Appendix D). Genom att markera ett
område i modellen och sedan funktionen för tröghetsmoment i programmet räknar
programmet ut tröghetsmomenten automatiskt.
I ett tvärsnitt av modellen kan ett tredimensionellt x,y,z-koordinatsystem göras som bygger på
tyngdpunkter via symmetri och normalplan. Ett tvärsnitt för den aktuella kan ses nedan (figur
11) där x-axeln går i profilens längdriktning (in eller ut genom figuren).
Fig 11 – tvärsnittsfigur profil med inritade tröghetsmomentaxlar
Testet gjordes vinkelrätt profilens längdriktning och över ett symmetriskt tvärsnitt genom ett
par av konsolhål. Som teorin förespråkar med att rillor och andra formningar av en platt plåt
ger förstärkningar av konstruktionen, så erhölls högre värden på tröghetsmoment för den
z
y
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 18(46)
profil med dubbla rillor varför denna valdes att gå vidare med för prototyptillverkning (figur
12-13).
En annan aspekt vid framtagningen av en lämplig prototyp var att inte göra för små radier på
profilen för att uppfylla möjligheten med en eventuell kommande rullformningslinje vilket
beaktades i samband med framtagningen av ett pressverktyg för tillverkning av prototypen
med nedsänkta rillor.
Figur 12- Protypskena med en ås, rilla, Figur 13 - Prototypskena med försänkta konsolhål
mellan rektangulära konsolhål i två stycken rillor (för profil se figur 10)
Figur 14 - Prototyp i 1,25 mm plåt med Figur 15 - Prototyp i 1,5 mm plåt
rullformningsanpassade radier
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 19(46)
5.1.3 Profiltillverkning
Som ett första test tillverkades U-profiler i Docol DP plåt med tjockleken 1 mm. Docol
600DP, 800DP samt 1000DP valdes. Profilerna tillverkades med utgångspunkt från
originalskenans mått (17x25x17) som bockades som vanliga U-profiler samt att rektangulära
hål skars med laser (ME Plåt utförare). Dessa plåtar skulle utgöra en första jämförelse med
orginalprofilen.
Tillverkningen av prototypskenor gjordes utifrån idén med att göra profiler med dubbla rillor
med där i försänkta hål för att kompensera för minskningen av plåttjocklek vid användning av
höghållfast stål (figur 13-15). Prototypskenor gjordes med hjälp av pressning av plan plåt som
sedan bockades och slutligen stansades med befintlig stansutrustning på Sals. Den plåt som
användes var 1,25 och 1,5 mm tjock Docol 800DP som erhölls av ME-plåt samt 1,2 mm plåt
av samma typ som erhölls till högskolan från SSAB i Borlänge.
Tillverkning av pressverktyg
Pressverktygsproduktion och plåtpressning utfördes på Högskolan Dalarna i Borlänge med
hjälp av Carl-Axel Norman [12]. Som ämnen användes fyrkantsjärn som först borrades för att
sedan med nedsänkta insexskruvar kunna fästas in i NC-maskin (figur 16-18) och slutligen i
en press. Två matchande pressverktyg tillverkades sedan i en NC-maskin (figur 19). Efter
avgradning av de frästa verktygen passades de in i en hydraulisk press (figur 20-21). Vid
pressningen erhölls inga rillor på den del av pressverktygen där deras infästning med de
försänkta skruvarna var (figur 19 & 22). Detta åtgärdades genom att manuellt flytta plåten och
pressa den en ytterligare gång varpå sammanhängande rillor erhölls.
Figur 16 - Maskininställning inför fräsning Figur 17 - Skruvinfäst skena i NC-maskin
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 20(46)
Figur 18 - Pågående fräsoperation vid tillverkning av pressverktyg på Högskolan Dalarna.
Figur 19 - Ett av pressverktygen efter fräsoperation med två synliga borrhål för försänkt infästning.
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 21(46)
Figur 20 - Press med applicerade press verktyg Figur 21 - Närbild pressverktyg i press
Figur 22- Pressad provplåt med ej sammanhängande rillor p g a av pressverktygens infästningshål.
Klippning och bockning till U-profil
Provplåten togs sedan till ME Plåtkonstruktioner för att få den klippt (figur 23) och bockad
(figur 24-25) till profilmåtten 17x25x17. Ritningar förmedlades och bockningen utfördes
manuellt av personal på ME. Med avsaknad av fixturer och program för den aktuella plåttypen
så klipptes och bockades provplåtar ett flertal gånger för att komma nära de önskade måtten
främst med avseende på bockningen. Bockningsmaskinen (se figur 24 & 25) hade avancerade
parameterlagringsfunktioner med olika inställningar för olika plåttyper. Det svåraste delen
med bockningen var att göra den andra och sista uppvikningen då ett smalt och vinklat
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 22(46)
bockverktyg krävdes för att kunna få plats att utföra bockningen (för prototypskena se figur
26).
Figur 23 - Klippning av provplåt, ME Figur 24 – Bockningsmaskin, ME Plåt-
Plåtkonstruktion konstruktion
Figur 25 - Bockningsmaskin med aktuella verktyg som Figur 26 - Prototypskena
användes vid bockningen av U-profil efter bockning
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 23(46)
Håltagning
Stansningen av konsolhålen utfördes på Sals med ordinarie inställningar. Det uppstod vissa
problem med matningen varvid oregelbunden hålbild erhölls (se figur 27 & 28). Detta
berodde troligtvis på att matningen slirade p g a ändringen av profilutseendet samt differensen
i plåttjocklek.
Borrning av uppfästningshål för skentest borrades manuellt med pelarborrmaskin. Ordinarie
metallborr med dimension 6,5 mm användes. Det hårda och höghållfasta Docol 800DP stålet
gav ett markant motstånd vid borrningen.
Figur 27 - Prototypskenor där matningen slirat under stansoperationen
Figur 28 - Närbild av stansad prototypskena i stål Docol 800DP.
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 24(46)
5.2 Nedböjningtest
För att göra en jämförelse med ordinarie omålade väggskenor och de prototyper som tagits
fram i höghållfast plåt så användes ett nedböjningstest. Böjstyvheten på en balk är lika med
produkten av elasticitetsmodulen gånger tröghetsmomentet (se kap. 2.5). E-modulen är i
princip lika för olika stålsorter vilket innebär att tröghetsmomentet är det som kan variera för
att få olika böjstyvheter. Tröghetsmomentet påverkas av utformningen på tvärsnittet och dess
area vilket innebär att olika plåttjocklek ger olika areor och därmed olika böjstyvheter. Testet
utfördes genom att avläsa nedböjningen i konsolernas spets (motsatt ände mot deras
upphängning i skena) i form av att mäta höjdskillnaden mot den obelastade konsolen med
successivt ökande belastning (se figur 29 & 31). Mätningen utfördes med ett digitalt
höjdskjutmått (figur 32) med två decimalers avläsningsskala. Skenorna riggades hängande i
en specialtillverkad fixtur tillverkad av fyrkantsjärn som svetsades fast i en bottenplatta av
plåt med två påsvetsade stabiliserande stag (figur 29, 30 & 31). Fixturen skruvades fast i ett
bord av stål med hjälp av två bultar, med varsin bricka och mutter. Som en extra
stabiliserande åtgärd så användes dessutom en tving. Upphängningen av skenorna i fixturen
gjordes med en i fixturen genomgående 6 mm bult och M6-mutter på skensidan. Skenornas
upphängning gjordes lika för samtliga d v s i övre änden via ett symmetriskt hål mellan de för
konsolen stansade upphängningshålen. För prototyperna borrades 6,5 mm diameters hål
medan Sals original skenor redan hade hål från deras ordinarie tillverkning. Skenorna ställdes
innan testet in med ett vattenpass för att de skulle hänga lodrätt. Belastningen gjordes sedan
med från ett snöre hängandes hink i vilken vikter successivt lastades i (figur 29 & 33). Snöret
hängdes med en ögla över det yttersta hålet (närmast spetsen) i konsolen. För att kontrollera
centreringen av öglan över hålet gjordes markeringar på konsolen med en märkpenna.
Vikterna som användes bestod av olika rektangulära stålverktyg som vägdes på en kalibrerad
våg som var inlånad från företaget Monark (i Vansbro). Hink med grundlast (se figur 30 &
33) inklusive krok i stål samt snöre vägde 1000 gram. Denna vikt justerades in med stansskrot
och våg. Stålverktygen, de så kallade vikterna, märktes sedan upp med deras vikt i gram med
märkpenna. Mätupplösningen på vågen var på ett halvt gram.
Figur 29 - Översikt mätplats för nedböjningstest
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 25(46)
Övriga foton utförande av nedböjningstest
Figur 30 - Testplats med riggat test Figur 31 - Närbild riggat test
Figur 32 - Höjdskjutmått nollställt Figur 33 - Hink med barlast (stansskrot)
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 26(46)
6 Resultat
6.1 Produktionslayout för tillverkning av väggskena
Det förslag på layout av produktionsutrustning för tillverkning av hyllskenor är en effektiv
rullformningslinje som tillverkar väggskenor, hålade U-profiler som är klara för
pulverlackering. Detta skulle medföra en Lean-förbättring för Sals AB. Lean production eller
resurssnål produktion är benämningen på ett produktionssystem som uppfunnits av Toyota
och som är en resurshanteringsfilosofi där syftet är att eliminera allt som inte är
värdeskapande för slutkunden i en produktionsprocess [13]. För Sals del skulle detta innebära
att i stället för som med dagens befintliga system som bygger på inköp av tillverkade U-
profiler i partivis (ger lager = slöseri) där leverantören har dålig leveransprecision (förlust i tid
= slöseri) och med manuell inmatning av varje enskild U-profil vid tillverkning (förlust i
tid/resursuppbindning = slöseri) i stället på kontrollerat och effektivt själv kunna styra och
automatiserat utföra produktionen av hyllskenor enligt specifika kundorder som ett just-in-
time system [13]. Just-in-time, JIT, ingår i Lean production och bygger på principer, tekniker
och redskap som möjliggör att tillverka och leverera produkter i mindre kvantiteter med korta
ledtider mot specifika önskemål från kund. Produktionen på Sals skulle då kunna ske enligt
JIT genom tillverkning från hasplad plåt där själva produktionen kan ske mot kundorder och
därmed undkomma behovet av någon längre lagerföring vilket annars krävs med inköpta U-
profiler samt att inte vara beroende av leveranssäkerheten av dessa.
Ett förslag på produktionslayout är i flöde från utgångsmaterialet en haspel för plåtband, som
via en slinga går till inledare, stansning av hålbild, rullformningsdel, riktverktyg för att
slutligen klippas till önskad längd av en sax (för exempel se offertritning i Appendix 5, där
saknas dock haspel och hålstansverktyg).
Ett investeringsmässigt billigare alternativ till ovanstående förslag är att införskaffa en enklare
rullformningslinje utan stansfunktion och där Sals i stället som idag kan använda den
befintliga stansutrustningen för detta. Det som talar emot detta alternativ är dels att den
befintliga stansutrustningen är gammal och inte fungerar optimalt bl a beroende på att skenor
fastnar och att den ofta behöver justeras för att fungera och dels att denna produktion
dessutom kräver manuell inmatning av varje enskild U-profil. En ny motsvarande
stansutrustning är relativt dyr och eventuella haverier kanske inte kostnadsmässigt och
förebyggande är värda att åtgärda via ett avhjälpande underhåll. En förbättringspotential för
båda alternativen är att bygga någon form av uppsamlingsanordning för färdiga skenor så att
dessa inte behöver falla till golvet och på så vis minska bullernivån i lokalen. En enkel lösning
till den befintliga utrustningen kan vara någon form av uppsamlande stativ eller korg
tillverkad av stänger eller plattjärn placerad parallell med hålslagningsdelen och höjdmässigt
anpassad till dess befintliga fallskenor (se figur 10, till vänster om excenterpressen). Ett
viktigt beslut vid eventuellt köp av en rullformningslinje är att ta hänsyn till om det finns ett
behov av att tillverka andra plåtprofilerade produkter. I så fall ska rullverken i
rullformningsdelen vara utrustad så att valsparen lätt kan bytas eller kompletteras exempelvis
med så kallade stolverk. Detta innebär att det enkelt går att ställa om produktionen för att göra
en helt annan profil eller en till ordinarie produkten liknande profil. Detta kan vara ett bra
alternativ t.ex. för Sals C-profil (se figur 6).
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 27(46)
6.2 Byte av material till höghållfast stål
De höghållfasta stålen innehåller låga halter av kol, svavel och fosfor vilket ger goda
förutsättningar för formning och svetsning. Vid jämförelse mellan mjukt och ett höghållfast
stål så skiljer sig processerna för formning eller fogning lite. Framförallt måste hänsyn tas
med avseende på klippspalt och återfjädring vid olika formningsprocesser. Vid styckskärande
bearbetning erhålls generellt bättre klippkanter men ger högre verktygsslitage än med mjuka
stål. Genom att mindre dimensioner kan användas vid konstruktion med höghållfast stål så
reduceras exempelvis klippkraftsbehovet. Verktygsslitaget motverkas genom att göra
verktygen i bättre material t.ex. med en lämplig ytbeläggning. Tyvärr så var det svårt att få
information om pris på höghållfast stål (beroende av bl a mängd/ storlek på order och
utformningen på materialet) så prisskillnaden mellan höghållfast och mjukt stål har
uppskattats [19] till det dubbla för det höghållfasta. Med den utgångspunkten samt Sals
önskan om att få ned priset på produkten skulle det innebära att plåttjockleken vid ett byte till
höghållfast plåt skulle behöva vara till en plåttjocklek på 1 mm eller lägre. Vid
nedböjningstesterna så erhölls relativt jämbördiga resultat för prototypskenan med tjockleken
1,5 mm Docol 800DP och det befintliga stålet i Sals orginalskena (se figur 35 nedan). En
markant skillnad erhölls med avseende på plastisk deformation.
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 28(46)
6.2.1 Nedböjningstest U-profil utan förstärkning av konstruktionen
Vid den första jämförelsen mellan höghållfast plåt 1 mm mot orginalprofilen gjordes endast
test med den hårdaste testprofilen i Docol 1000DP. Resultaten som erhölls visade på en
markant skillnad i nedböjning och var anledningen till att i stället göra försök med tjockare
höghållfast plåt med förstärkning av konstruktionen. Prov 3 och 7 är båda provning av Sals
orginalskena men med olika belastningsserier och två olika skenuppsättningar. Böjstyvheten
påverkas av area och inte E-modulen som är lika för de olika materialen (enligt kap. 2.5).
Detta kan ses tydligt i nedböjningsgrafen nedan (figur 34). Med anledning till att Sals inte
hade specificerat maximal tillåten belastning för hyllsystemet så har testerna utförts med
marginal vilket inneburit att materialet belastats så mycket att det plasticerats. Testerna har
förutom nedböjningstestet även gett information om respektive materials hårdhet, som är ett
mått på dess motstånd mot plasticering.
Enligt Käthe Eliasson anställd på FSG Witre (tel.samtal Q4 2010), som saluför ELFA-hyllsystemet,
som utseendemässigt nästan är ett identiskt system som det som Sals saluför så kan ELFA:s hyllplan
belastas med utifrån antalet skruv och det material som finns i väggen där hyllan skruvas upp enligt
följande cirka vikt per skruv i hyllkombinationen, enkel gipsskiva 30 kg, lättbetong 30 kg, spånskiva
15-16 mm ca 40 kg, dubbel gipsskiva 60 kg, tegel (kompakt) 60 kg, träregel 65 kg och betong.
Figur 34 - Graf med nedböjningen i mm som funktion av pålagd vikt i kg. Sals orginlaskena vs Docol.
0
5
10
15
20
25
30
35
Ne
db
öjn
ing
(mm
)
Punktbelastning (kg)
Docol 1000DP (1 mm)
Prov 3 - Sals org Prov 7 - Sals org Prov 6 - Docol 1000DP (1 mm)
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 29(46)
6.2.2 Nedböjningstest med utvecklade prototyper
Den protyp av U-profil som togs fram med hålen försänkta i rillor för att kompensera för
plåttjockleksskillnad (mot orginalskenornas 2 mm) samt förstärkande tillverkades i Docol
800DP plåt med tjockleken 1,25 och 1,5 mm. Resultaten vid dessa försök med nedböjning
visade på en rejäl uppstyvning i jämförelse med plåten med tjockleken 1 mm (se figur 35).
Redan vid punktbelastning på ca 7 kg så erhölls nästan en fördubbling (5 mot resp 3 mm eller
ca 1,7 ggr) av nedböjningen för prototypen med plåttjockleken 1,25 mm i förhållande till
orginalskenan. För prototypen med plåttjockleken 1,5 mm så är skillnaden med orginalskenan
betydligt mindre. Däremot skiljer sig materialens motstånd mot plastisk deformation markant.
Efter punktbelastning med drygt 30 kg så är den plastiska deformationen visuellt knappt
märkbar på skenan av Docolplåt medans orginalskenan från Sals uppvisar en mycket tydlig
deformation.
Figur 35 - Graf med nedböjningen i mm som funktion av pålagd vikt i kg.
0
5
10
15
20
25
30
35
Ne
db
öjn
ing
(mm
)
Punktbelastning (kg)
Nedböjning prototyper Docol 800DP
Docol 800DP (1,25 mm) Docol 800DP (1,5 mm) Sals (prov 3) Sals (prov 7)
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 30(46)
6.2.1 Deformation vid belastning
Efter avlastning av prov #14 och #15 i ett enkelt försök att undersöka deformationsmotståndet
erhölls 1,25 respektive 1,31 mm kvarstående nedböjning av konsolen (fig 36).
Figur 36 - Graf med nedböjningen i mm som funktion av pålagd vikt i kg.
Prov nummer 3 (Sals orginalskena) belastades successivt upp till 32,1 kg uppvisade följande
deformation (se figur 37) efter avlastning:
Figur 37 - Foto av deformation vid konsolinfästning efter avlastning prov #3 (Sals orginalskena)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 1000,0 3655,0 5718,0 6598,5 7231,0
Ne
db
öjn
ing
(mm
)
Belastning (kg)
Deformationstest 800 DP 1,2 mm
Docol 800DP (1,2 mm prov 13) Docol 800DP (1,2 mm prov 14) Docol 800 DP (1,2 mm prov 15)
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 31(46)
Prov nummer 10 (1,5 mm Docol 800DP) belastades successivt upp till 33,8 kg och uppvisade
följande deformation (se figur 38) efter avlastning:
Figur 38 - Foto av deformation vid konsolinfästning efter avlastning prov #10 (Docol 800DP 1,5 mm)
Prov nummer 12 (1,2 mm Docol 800DP) belastades successivt upp till 20,0 kg och uppvisade
följande deformation efter avlastning. Värdet på nedböjningen efter avlastning blev 11 mm (se
figur 39).
Figur 39 - Deformation vid konsolinfästning efter avlastning prov #12 (Docol 800DP 1,2 mm)
Prov nummer 13 (1,2 mm Docol 800DP) belastades successivt upp till 7,2 kg och uppvisade
nedanstående deformation efter avlastning. Medelvärdet på nedböjningen av två olika skenor
med från samma provplåt efter avlastning från 7,2 kg blev 1,3 mm (se figur 40).
Fig 40 - Deformation vid konsolinfästning efter avlastning prov #13 (Docol 800DP 1,2 mm)
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 32(46)
Det visade sig att även konsolerna utsattes för plastisk deformation under försöken p g a den
pålagda massan vid testerna (se figur 41 & 42). Det verkar som anvisningen som erhålls vid
konsolernas tillverkning (stansas ur plåt) bidragit med initieringen av deformationen(som
pilen pekar på i figur 41).
Figur 41- Deformation av konsol efter belastningsprov #10. Pilen pekar på området med visuellt
synlig deformation
Fig 42 - Förstoring av materialyta med deformation från fig 41
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 33(46)
7 Diskussion
7.1 Nedböjningsprov - hyllskenor
7.1.1 Testresultat
Av de tester som utförts så verkar det som att den billigaste lösningen med avseende på
material är att fortsätta tillverka hyllskenor med samma ståltyp som Sals använder idag eller
något likvärdigt med avseende på hållfasthetsparametrar. Sals saknar en kravspecifikation på
hur mycket skenorna ska tåla vilket skulle ha underlättat testuppsättningar och jämförelse med
andra ståltyper.
7.1.2 Mätosäkerhet i nedböjningsresultaten
Manuell inställning av skjutmåttet samt visuell avläsning innebär i sig en mätosäkerhet.
Dessutom finns ytterligare faktorer som påverkar mätosäkerheten genom problem med
stabiliteten för höjdskjutmåttet, p. g. a. av att bordet på vilket testerna utfördes hade en hålad
yta och att det troligtvis inte stod helt i våg samt att det inte gick att låsa fast i bordet och utan
styrande fixtur. En ytterligare faktor som kan ha påverkat mätresultaten är appliceringen av
vikterna i hinken m a p på var och hur de lades i hinken t.ex. om det blev ett litet fall som
därmed bidragit till en viss överförd rörelseenergi som i sin tur kan ha påverkat erhållen
nedböjning/deformation. Dessa ovan nämnda faktorer kan alla ha haft påverkan på
mätresultaten och den totala mätosäkerheten.
7.2 Produktionslayout
All information som erhållits under examensarbetets praktiska del pekar på att rullformning är
den tillverkningsprocess som är mest lämpad att forma den profil som Sals använder som
dessutom ska levereras i ett flertal olika längder. Några betydande fördelar med att ha en egen
rullformningslinje är att förutom att ha kontroll av tillverkningen av skenor även att kunna
jobba med att kunna tillverka mot kundorder ”just-in-time” och på så vis minska på
lagerkostnader och bättre kunna säkra leveranstiden mot kund. Dessutom frigör man
arbetskraft mot den befintliga stansprocessen som hittills kräver manuell inmatning av varje
enskild U-profil, vilket leder till att produktionspersonal vid införskaffande av en
rullformningsutrustning kan jobba med andra värdeskapande arbetsuppgifter under tiden som
det automatiserade systemet jobbar. Om man dessutom införskaffar en
rullformningsutrustning med ett stolverk kan Sals för en förhållandevis liten merkostnad
införskaffa extra valspar så att det går att byta eller komplettera de befintliga valsparen för att
tillverka andra produkter (exempelvis C-profil) med samma grundutrustning.
Sals har en liten kassa och har därför svårt att investera i ny effektivare utrustning som skulle
kunna bidra till att sänka tillverkningskostnaderna för väggskenor. Om de inte kan sänka
priset får de svårare att kunna sälja till större företag som skulle kunna bidra till större
efterfrågan och därmed större produktionsvolymer som därmed ger högre utnyttjandegrad av
produktionsutrustningen.
Ett sätt att minska investeringskostnaderna kan vara att köpa begagnad utrustning. Detta
kräver dock god kunskap i rullformning och automation vid driftsättningen om inte
utrustningen använts för liknande tillverkning. Det kan komma att krävas mycket jobb med att
justera in verktyg och andra mekaniska parametrar samt automation och styrsystem. Detta kan
eventuellt undvikas om man i en kravspecifikation kan kräva att processen ska fungera både
innan leverans samt efter installation på plats i tillverkningslokalen.
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 34(46)
7.2.1 Kommentar tidigare arbeten
Alternativet med rullformning utan stansning skulle initialt bli billigare än en komplett
rullformningslinje typ den som offererats. Men med tanke på att stansmaskinen är gammal
och kräver styckvis matning av profiler samt att den behöver frekvent avhjälpande underhåll
med justeringar så verkar detta inte som en långsiktig och effektiv lösning.
Alternativet med ett magasin känns som en mindre bra lösning, då problemet med sena
leveranser och kostnaden för profiltillverkning kvarstår samt även problemen med den gamla
stansmaskinen.
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 35(46)
8 Slutsats
8.1 Hyllskenor
Med de premisser att det endast är priset på plåten som avgör vid tillverkning av skenorna så
verkar inte höghållfast plåt vara något konkurrenskraftigt alternativ till det befintliga stålet
som används i väggskenorna med de försök till profilutveckling som utförts.
8.2 Produktionslayout
För att göra en effektiv förändring av befintligt sätt att producera väggskenor bör Sals AB,
köpa in en komplett rullformningslinje som från avhasplad plåt kan tillverka väggskenor klara
för lackering. Detta skulle innebära att produktionen kan göras mot kundorder, ”just in time”
och på så vis minska lagerkostnader och samtidigt innebära ett förebyggande byte av den
befintliga stansutrustningen som börjar bli gammal och som ofta kräver avhjälpande underhåll
i form av justeringar.
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 36(46)
9 Rekommendationer och framtida arbete
9.1 Rekommendationer
Att budgetera och köpa in en komplett rullformningslinje för att möjliggöra produktion mot
kundorder och på så vis minska lagerkostnader och göra sig oberoende av extern U-
profilsleverantör och därmed få bättre kontroll och ett lägre pris per tillverkad väggskena.
Detta skulle också innebära att den befintliga stansningsprocessen som är gammal och
dessutom krånglar skulle kunna ersättas. För att kunna uppdatera den befintliga
rullformningsprocessen med avseende på andra produkter t.ex. C-profil så bör
rullformningsdelen köpas in i stolform med enkelt utbytbara rullformningsverktyg (valspar).
Ett sätt att få en större beläggningsgrad på en eventuell inköpt rullformningslinje med
stolform skulle kunna vara att försöka få in legotillverkning av profiler.
Om inte befintlig produktionsutrustning byts ut till lämpligare utrustning mer anpassad för
produktion mot kundorder, så bör möjligheten att minska antal olika längder på väggskenor
undersökas. Detta skulle då bl. a. minska lagerkostnaderna som uppkommer med dagens
befintliga tillverkningsprocess där U-profil köps in partivis med förutbestämda längder på
skenorna.
Kontrollera med andra tillverkare som exempelvis RPM Jonsson om de kan erbjuda en lägre
tillverkningskostnad för profiler antingen som ersättare av den nuvarande leverantören eller
som backup.
En kravspecifikation för rekommenderad maxbelastning bör tas fram för väggskenorna. Detta
för att ge både kunder och försäljare en vägledning vid inköp respektive försäljning. För detta
kan det behövas ytterligare tester för att säkerställa de värden som ska specificeras med
avseende på nedböjning och marginal för att undvika plastisk deformation.
9.2 Framtida arbete
För att noggrannare undersöka investeringsmöjligheten så kan till exempel en
nollpunktsanalys (brake-even) utföras. Denna analys används för att bestämma hur stor volym
av hyllskenor som måste säljas för att erhålla ett nollresultat.
Arbetsmiljöförbättring med avseende på buller från tillverkningen av både väggskenor och
den i lokalen angränsande tillverkningen av fyrkantsprofil (ett annat hyllsystem) som båda
arbetar med stansning av stålprofiler. Troligtvis krävs någon form inkapsling för att komma
till rätta med detta Det som talar emot någon form av inkapsling av
tillverkningsutrustningarna där de står placerade idag är att lokalen där är trång samt att den
allmänna transportgången passerar mellan dessa. En flytt av gången skulle troligtvis innebära
en logistisk försämring. En enklare åtgärd för att minska bullernivån vid tillverkningen av
väggskenor skulle kunna vara att bygga ett slags bord som tar emot skenorna innan de faller
till golvet i slutet på den befintliga tillverkningsprocessen.
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 37(46)
Referenser (References) [1] Helena Weslien, VD , Sals AB i Vansbro, tfn 0281-10414, e-post [email protected], Intervju
2010
[2] Karlebo Handbok Utgåva 15, Värnamo 2005, ISBN 91.47-01558-6
[3] Lennart Hågeryd, Stefan Björklund, Matz Lenner: Modern Produktionsteknik Del 1, Navarra,
Spanien 2009, ISBN978-91-47-05091-8
[4] SSAB, Plåthandboken: Att konstruera och tillverka i höghållfast stål, Borlänge, Utgåva 7
1993
[5] SSAB, Plåthandboken: Att konstruera och tillverka i höghållfast stål, Borlänge, Utgåva 1
2010
[6] Dako Kolev P.Eng, Roll Forming – General overview. www.kolev.com/RollForming.pdf,
2004
[7] George T. Halmos: Roll Forming Handbook, Boca Raton 2006, ISBN 978-0-8247-9563-4.
[8] Bertil Bondelid, Allan Person: Hållfasthets- och materialtabeller, upplaga 7.7, Malmö 2008,
ISBN 978-91-44-03825-4.
[9] Christer Ljung, Niels Saabye Ottosen, Matti Ristinmaa, Introduktion till hållfasthetslära:
Enaxliga tillstånd, upplaga 1:1, Pozkal, Polen 2007, ISBN 978-91-44-04898-7.
[10] Jörgen Gunnarsson, PMB Inköpsavdelning, Heléns Rör AB, tfn 035-149121, e-post
[email protected], Intervju 2010.
[11] Tomas Bäck, produktionschef, Sals AB tfn 0281-10414, e-post [email protected], Intervju
och verkstadsrelaterade frågeställningar 2010.
[12] Carl-Axel Norman, instutitionstekniker (verkstad) på Högskolan Dalarna i Borlänge (uthyrd av
Yrkesakademin), tfn 070-3478820, e-post [email protected], Intervju och praktisk verkstadshjälp
2010.
[13] Jeffrey K. Liker: The Toyta Way, Lean för världsklass, upplaga 1:3, Elanders 2009, ISBN978-
91-47-08902-4.
[14] Jonsson, Peter, VD, Jonsson RPM AB, Svärdsjö, tfn 0246-120, epost [email protected].
Intervju 2010.
[15] Mikael Lindgren doktor i rullformning , eget företag Data M Scandinavis AB och
deltidsanställd lärare på Högskolan Dalarna, tfn 0705243673, e-post [email protected]. Intervju
2010.
[16] Claes-Håkan Lundgren, maskinkonstruktör av rullformningsutrustning, Plåtform Maskin AB,
tfn 0243-232330, e-post [email protected], Intervju 2010.
[17] Mats Eriksson, VD, ME Plåtkonstruktioner, tfn 0243-13200, e-post [email protected],
Intervju 2010.
[18] Joakim Nyström, SSAB Luleå, 0920-92119, [email protected], Intervju 2010
[19] Bengt Löfgren, handledare, Tripple Steelix och univ. lekt. Maskinteknik Högskolan Dalarna,
tfn 023-778640, e-post [email protected]
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 38(46)
Bilagor
Appendix A Beräkningar
Appendix B Studiebesök
Appendix C Intervjuprotokoll
Appendix D Ritningar - skentillverkning
Appendix E Offertritning rullformningslinje
Appendix F Orderbekräftelse 661632 Heléns
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 39(46)
Appendix A Beräkningar
Plåtförbrukning i vikt skenor per år
Enligt orderbekräftelse 661632 daterad till 2010-09-17 från Heléns (se Appendix F) så väger
1044 st U-profiler (16.30x25,00x16,30x2,00) 864,736 kg (nettopriset är 11,75 kr per profil).
Detta ger att vikten per skena blir 864,736/1044 = 0,82829…kg
Vikt per meter profil blir då 0,82829…/0,989 kg= 0,83750…kg
10000 m skena/år motsvarar då 8375,03…kg vilket avrundat blir 8,4 ton.
12000 m skena/år motsvarar då 10050,04…kg vilket avrundat blir 10,1 ton.
Beräkning enligt SSAB:s formel för uppskattning av plåttjocklek vid byte till höghållfast
plåt mot ett tidigare mjukt stål i konstruktionen.
Det stål som Sals använder har ett riktvärde på sträckgränsen på 300 MPa och plåten har
tjockleken 2 mm.
För ett höghållfast stål med 600 MPa i sträckgräns så blir den motsvarande tjockleken:
För ett höghållfast stål med 800 MPa i sträckgräns
För ett höghållfast stål med 1000 MPa i sträckgräns
Beräkning av punktbelastning motsvarande utbredd last
Lika nedböjning för punktbelastning i konsolbalkspets som en utbreddlast ger uttrycket
Om vi vet den utbredda lasten, Q, så kan alltså punktbelastningen, F, i konsolbalkens spets
beräknas och vice versa.
55 kg utbredd last motsvarar 20,625 kg avrundat till 21 kg i punktbelastning.
35 kg utbredd last motsvarar 13 kg i punktbelastning.
20 kg utbredd last motsvarar 7.5 kg i punktbelastning.
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 40(46)
Appendix B Studiebesök
Förfrågan om studiebesök på Europrofil nekades då de vid den aktuella tidsperioden hade fullt
upp med att installera en ny anläggning. Europrofil hade annars produktion med rullformning
med involverad stansning. Däremot så erhölls ett intressant besök på Jonsson RPM AB i
Svärdsjö. Besöket utfördes tillsammans med Tomas Bäck från Sals AB den 11 november
2011. Peter Jonsson, VD [14] var besöksvärd och den som visade runt, instruerade via en
körning av en rullformningslinje samt var den som svarade på frågor.
Peter har lång erfarenhet av rullformning och Jonsson RPM har ett flertal rullformningslinjer i
sin produktion. RPM Jonsson har ett rullformningsbibliotek där de har rullverktyg för olika
typer av profiler som alltså kan växlas in beroende av vilken produkt som ska tillverkas.
Peter uppskattar att för att forma en U-profil så krävs ca fem rullpar och för en C-profil så
tillkommer minst ytterligare tre stycken rullpar.
Den rullformningslinje som visades i besöket är tillverkad av Plåtform Maskin AB.
Rullformningslinjen bestod av en plåtavhaspling som följs av en slinga för att kompensera för
plåthastighetsskillnader, en enklare riktning upp efter slingan över några valsar och förbi en
rullängdsgivare (ett mot plåten liggande hjul) in till rullformningsdelen och vidare till en sax
som efterföljs av en rullbana med ett vinklat stopp som gör att de färdiga profilerna trycks av
rullbanan till en mottagande ställning (lite lutande från banan mot golvet) som samlar upp
profilerna och så att dessa inte faller till golvet. Processen är automatisk och fungerar
kortfattat att plåten matas på tills den är slut och den rullformade profilen stannar inför varje
klippning. En ytterligare givare är placerad innan mäthjulet och kontrollerar att det finns plåt i
processen. När plåtbandet är slut så bryter denna givare processen.
Den ovan beskrivna anläggningen kostade runt 1,9 miljoner år 2005 och levererades av
Plåtform maskin AB. Peter tror att en stansprocess med tillkommande automationsarbete kan
öka kostnaderna betydligt. Ett tips på tillverkare av pressverktyg är Järvsö Pressverktyg.
Peter berättar att rullformningstekniken jobbar mot sträckgränsen där stålet flyter och att det
är viktigt att tänka på återfjädringen. Ett tips för att motverka återfjädringen är att överbocka
profilen för att sedan och sedan bocka tillbaks den. På så vis kan de inbyggda spänningarna i
profilhörnen tas bort.
Vid tidpunkten för studiebesöket hade RPM Jonsson en rullformningsutrustning till salu.
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 41(46)
Appendix C Intervjuprotokoll
Formning och konstruktion
Mikael Lindgren [15] doktor i rullformning, Intervjuer 2010
Ett vanligt sätt att ta fram stansverktyg till en rullformningsprocess är att testa sig fram genom
att laserskära hål i plan plåt som sedan formas. Detta görs för att se om hålen hamnar på
samma ställe eller om de påverkas av formningen.
En rullformningsuppsättning kommer grovt uppskattat enligt Mikael att kosta mellan en till
två miljoner. Det är svårt att köpa in begagnad utrustning för att sätta ihop en
rullformningslinje och få den att fungera bra. Det krävs bl a mycket justeringar och så ska
styrsystemet byggas upp och trimmas in.
För att stärka upp en profil med rillor är V-formade rullformningsverktyg att föredra p g a att
de är lättar att tillverka. Tänk på att E-modulen är lika för stål, därför är det främst tjockleken
som avgör fjädringen och därmed nedböjningen. Skillnader i sträckgräns är däremot intressant
om man ska maximera konstruktioner. Konstruktionen m a p minsta möjliga radier är
plåtberoende. Som bäst är minsta radie vid rullformning lika med plåttjockleken.
Kommentar på skenkonstruktioner
Vid diskussion om förslagen av de två olika prototyperna, den med ås i mitten samt skenan
med försänkta hål där båda konstruktionerna kompenserar för tjockleksskillnaden mellan
höghållfast plåt och den ordinarie konstruktionen med plåttjockleken 2 mm så föreslår Mikael
en jämförelse av konstruktionerna m a p tröghetsmoment. Detta görs lämpligast direkt via ett
CAD-program.
Mikael erbjöd sig att göra en utförlig simulering med ett dataprogram, COPRA FEA RF, som
används för finita element simulering för rullformning. För en fullständig simulering
tillsammans med leverans av en tillhörande rapport för 20000 kr. Mikael gjorde en
snabbsimulering gratis med profilförslaget med försänkta hål genom att bygga profilen i
CAD-programmet AutoCad för att sedan köra simuleringen i dataprogrammet. Simuleringen
av rullformningen görs med förutsättningen att hålen redan stansats innan första verktyget och
att minsta inneradierna för konstruktionen satts till 1 mm och en profil med måtten 27x17x27
mm. Med inställningen med 3 steg för försänkningen som följs upp med 8 steg för uppvikning
av benen. Detta scenario visar inga tecken på problem. Det brukar vara risk för problem när
hål förekommer vid material som formas.
Claes-Håkan Lundgren [16], konstruktör av rullformningsutrustning, Plåtform Maskin
AB, , Intervju 2010
Claes-Håkan Lundgren som driver Plåtform Maskin AB, som konstruerar och säljer
rullformningslinjer, är bergsingenjör med mycket lång erfarenhet av valsning och
rullformning. Claes-Håkan berättar att det för maskintillverkningen inte finns några
mekaniska begränsningar kontra materialegenskaperna. Det kan snarare bli en enklare
utrustningsuppsättning i form av att det kan krävas färre formningssteg för plåt med högre
hållfasthet. Som simuleringsprogram använder han sig av UBEKO som han använt erfarenhet
av sedan 1991. Han uppskattar simuleringsjobbet för en rullformad och stansad U-profil till
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 42(46)
några timmar och kostar grovt räknat femtusen kr. Att komplettera den rullformningslinje i
den tidigare offerten med stansverktyg ska inte vara några problem enligt Clas-Håkan.
Mats Eriksson [17], VD, ME Plåtkonstruktioner, Intervju 2010
Enligt Mats så påverkar inte laserskärning det angränsande materialet nämnvärt då laserns
energi är mycket fokuserad och därför inte ger materialförändringar p g a hög
värmebelastning. Det vill säga att skärningen inte påverkar hållfastheten.
Beräkningar och pris på höghållfast plåt
Joakim Nyström [18] SSAB, Intervju 2010
Med Joakim har diskussioner främst kring konstruktionen och beräkning för jämförelse
mellan mjukt och höghållfast stål samt priser på stålet.
Joakim menade på att det lämpade sig bra att använda sig av SSAB:s (se formel 3) för det
aktuella konstruktionsarbetet med U-profil. För plåt av typen Docol 800 DP och Docol Roll
800 DP så behövs i de flesta fallen ingen form av riktverk innan då dessa uppvisar en bra
rakhet innan formningen. Vi diskussioner om priser gick det tyvärr inte att få konkreta siffror
beroende av många faktorer och främst beroende av leveransvolymer.
Ett tips från Joakim var att konstruera om konsolerna så att det blir en bättre kraftfördelning,
så att det blir ”upp och ner”. Den bättre kraftfördelningen kan då minska materialåtgången
med nästan hälften enligt Joakim.
Bengt Löfgren [19], handledare, Intervju 2011
Enligt handledaren, Bengt Löfgren vid samtal i maj 2011, så kan stålpriset grovt uppskattas
till att priset på höghållfast stål är det dubbla mot ett mjukt. Räkna med ett pris på runt 12 kr
kg för det höghållfasta.
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 43(46)
Appendix D Ritningar - skentillverkning
1. Ritning profilprototyp för pressverktyg samt pressverktyg
Figur 43 - Ritning profilprototyp med tillhörande pressverktyg
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 44(46)
2. Ritning på modell prototyp rullformning 1,25 mm plåttjocklek 0ch 2,5 mm ås i mitten
Fig 44 - Ritning prototyp för rullformning
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 45(46)
Appendix E Offertritning rullformningslinge
Rullformning av plåtprofil
Thesis No. E 4029 M
Anders Ragnarsson
Page 46(46)
Appendix F Orderbekräftelse 661632 Heléns